新型C60衍生物／Ag复合纳米材料的制备及光谱性质

利用1,3-偶极环加成反应合成了联吡啶基C60单加成衍生物N-甲基-2-[4′-(4″-甲基-2′,2″-联吡啶基)]-3,4-C60吡咯烷(C60BPY),并用NaBH4还原法和银溶胶直接组装法制备了C60BPY/Ag复合纳米结构。透射电子显微镜(TEM)表明,两种复合纳米结构的粒子粒径分别在30~45nm和40~55nm之间,粒子形状较规则,且分散性较好。在复合纳米结构形成过程中,C60BPY分子有效地控制了银粒子的生长和团聚,起到了很好的稳定和分散作用。紫外-可见吸收光谱中,两种复合纳米结构分别在430和490nm处出现了银纳米粒子的表面等离子体共振吸收峰,说明随着粒径的增大,吸收峰发生了红移。荧光发射光谱显示,C60BPY/Ag复合纳米体系猝灭了C60BPY在720和805nm处的发射峰,并对其机理进行了探讨。这种复合纳米体系有望在光电器件、传感器及催化领域有潜在的应用前景。     

GW/BSE级别下的非绝热动力学模拟揭示桥连化学键对调控酞菁锌-富勒烯给体-受体复合物激发态弛豫过程的重要作用（英文）

本文采用基于多体格林函数方法和Bethe-Salpeter方程(GW/BSE)的电子结构计算方法和非绝热动力学模拟研究了两种不同桥连化学键构型(5-6构型和6-6构型)的酞菁锌-富勒烯(ZnPc-C_(60))给受体复合物的激发态性质及其弛豫过程.对于6-6构型,ZnPc-C_(60)的最低激发态S_1态为光谱明态,即ZnPc的局域激发(LE)态,因此,6-6构型的ZnPc-C_(60)在光激发之后几乎不会发生电荷分离过程.相比之下,5-6构型的ZnPc-C_(60)的S_1态是C_(60)的LE态,为光谱暗态,而作为光谱明态的ZnPc的LE态的能量更高.而且,在ZnPc和C_(60)的LE态之间还存在若干电荷转移(CT)态.因此,电荷转移会在从高能的ZnPc的LE态到低能的C_(60)的LE态的弛豫过程中发生.GW/BSE级别的非绝热动力学模拟结果进一步验证了电子结构计算的结论,并给出了相关过程的时间尺度:从ZnPc到C_(60)的超快激发态能量转移过程在前200 fs完成;随后发生的是由C_(60)到ZnPc的超快空穴转移过程.本工作表明不同的桥连化学键模式(即5-6和6-6构型)可用于调节ZnPcC_(60)给体-受体复合物的激发态性质及其光电性质.与此同时,本工作证明了GW/BSE级别的非绝热动力学方法是探索非周期性给体-受体复合物、有机金属配合物、量子点、纳米团簇等复杂体系的光诱导动力学的可靠工具.     

哑铃型富勒烯化合物的光诱导电子转移反应

DTE-甲亚胺叶立德盐(DTE:二噻吩乙烯基)与C60在甲苯中的1,3-偶极环加成反应被用于合成新型的哑铃型富勒烯化合物1．为了与1作比较,还同时合成了单加成物2.并通过HF-3/21G方法计算确定了这两种化合物分子的几何结构,同时在室温下测定了化合物在不同极性溶剂中的紫外-可见光谱和荧光光谱,证明了化合物内给体和受体间光诱导分子内电子转移过程的存在．     

一锅法合成四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯空穴传输材料及其在无掺杂倒置钙钛矿太阳电池的应用（英文）

本文采用一锅法合成了四芳基吡咯并[3,2-b]吡咯有机空穴输运材料(D41、D42、D43和D44),制备出无掺杂的倒置型平面钙钛矿太阳电池.材料D41的芳环上含有甲基,具有供体-π-给体-π-供体结构;而D42、D43和D44具有受体-π-给体-π-受体结构,其中,芳环上分别含有氰基、氟和三氟甲基.研究表明,芳环上取代基对其分子表面电荷分布和空穴输运层薄膜形貌有显著影响,钙钛矿晶体颗粒的大小与空穴输运材料分子结构有关,含有氰基的材料D42最有利于形成较大的钙钛矿晶粒,这主要是由于吡咯并[3,2-b]吡咯结构具有丰富的电子性质的缘故.D42制备的倒置型平面钙钛矿太阳电池光电转换效率为17.3%,在黑暗条件下22天后,仍保留了初始效率的55%.吡咯并[3,2-b]吡咯结构具有良好的给电子特性,可作为高效钙钛矿薄膜的空穴传输材料.     

D-π-A-π-D型小分子红光材料的制备及其性能

开发新型有机红光材料对于制备高性能红光有机电致发光器件具有重要的研究意义。本文采用SUZUKI偶联反应,以芴酮为受体(A)、3,4,5-三甲氧基苯为给体(D)合成了新型D-π-A-π-D结构的有机红光材料(3MeFO)。通过1H NMR谱、13 C NMR谱和X单晶衍射确认了分子结构,该化合物展示了较强的电荷转移作用和良好的共轭结构,其晶体的发射峰达到620 nm。从单晶结构中看出甲氧基的引入有利于在分子间形成大量的氢键,有效地增强了分子间的相互作用。同时,该材料表现出良好的热稳定性能和电化学性能,使得其在OLED中展示了良好的电致发光性能。     

复合磁性纳米NiFe2O4的制备及光谱特性

用微乳液化学剪裁方法制备了明胶包裹的复合纳米NiFe2 O4 。将明胶和亚铁盐以及镍盐制成凝胶 ,使该凝胶状反应物在微乳液的胶束中剪裁成微粒 ,再被还原 化合 成核长大。生成的微粒处于明胶蛋白分子的包裹之中。用XRD ,TEM ,EDS ,IR等测试表明 :微粒为明胶包裹球形纳米微粒。微球的平均粒径为 10～10 0nm ,单个微粒的粒径 3 3～ 4 6nm。每个复合微球中约有 3～ 2 2个NiFe2 O4 粒子。NiFe2 O4 复合微粉的比饱和磁化强度σs=36 31× 10 3 4π(A·m- 1 ·g- 1 ) ,矫顽力Hc=6 75 0A·m- 1 ,剩磁Br=4 39× 10 3 4π(A·m- 1 ·g- 1 )。     

In2O3/CuO纳米异质结的制备和光催化性质研究

通过溶胶-凝胶结合静电纺丝过程制备了In₂O₃/CuO纳米异质结。XRD和Raman光谱的研究表明,随着前驱物中Cu/In比例的增加,CuO相的含量逐渐增加。吸收光谱研究表明,随着CuO含量的增加,复合纳米结构的可见光吸收明显增强。光催化实验研究结果表明,In₂O₃/CuO纳米异质结具有比单一相的In₂O₃和CuO更强的光催化性能,其主要来源于异质结所导致的增强的光生电子和空穴的分离效率。     

基于给体/受体有机太阳电池性能的研究

以酞菁铜(CuPc)、对北艹四甲酸二酐(PTCDA)和富勒烯(C60)作为光敏材料分别制备了3个有机太阳电池器件:器件1为ITO/PEDOT(3,4-乙撑二氧噻吩)/CuPc/Al;器件2为ITO/PEDOT/CuPc/PTCDA/Al;器件3为ITO/PEDOT/CuPc/C60/Al.研究发现器件2、3的短路电流和开路电压比1的提高了很多,主要是因为2、3是给体/受体异质结构,它不仅增大了器件的吸收光谱并提供了一个激子解离的有效位置.器件2和3相比,3的短路电流和开路电压比2的提高了1倍多,这主要是因为C60的激子扩散长度比PTCDA的要长,激子解离的几率比激子复合的几率大得多,因此3的性能比2的有了很大的提高.     

石墨烯/BiOI纳米复合物电子结构和光学性质的第一性原理模拟计算

光催化材料在解决能源短缺和环境污染等问题方面具有广泛的应用前景,本文通过构建BiOI纳米薄膜并将其与石墨烯复合起来,得到具有较高的比表面积和良好的光催化活性的纳米复合物光催化材料.采用基于密度泛函理论的第一性原理方法分别计算了单层和双层BiOI纳米片及其与石墨烯复合结构的电子结构和光学性质,并考虑了BiOI中的Bi,O,I三种空位缺陷对电子结构和光学特性的影响.计算结果表明,由于BiOI和石墨烯之间的相互作用,在石墨烯和BiOI界面处自发发生电荷转移,形成电子-空穴对,且石墨烯衬底可有效提高BiOI对可见光的光吸收,提高其光催化活性.对空位缺陷的计算表明,Bi空位缺陷可促进石墨烯和BiOI之间的电荷转移,形成更多的层间电子-空穴对;相反,O和I空位缺陷则抑制层间电荷转移,减少电子-空穴对的生成.     

超亲水性SiO2-TiO2纳米颗粒阵列结构的制备与性能研究

用分子自组装的方法在玻璃衬底上分别制备了TiO₂纳米颗粒层和SiO₂-TiO₂复合纳米颗粒阵列结构. 其中,SiO₂ 纳米颗粒层用旋涂法制备,得到密排阵列结构,而TiO₂纳米颗粒层则用浸渍提拉法制备. 文章分析了TiO₂纳米颗粒层和SiO₂-TiO₂复合纳米颗粒阵列结构的理论粗糙度,并通过扫描电子显微镜研究了它们的微观结构,用接触角 关键词： 自清洁 表面粗糙度 光催化 分子自组装     

静电纺Ag/WO3复合纳米纤维及其光催化性能

为了研究氧化钨(WO_3)和银/氧化钨(Ag/WO_3)纳米纤维光催化性能,利用静电纺丝技术制备了WO_3和Ag/WO_3复合纳米纤维。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和紫外-可见分光光度计(UV-Vis),对样品的物相结构、形貌大小和紫外-可见漫反射光谱等进行了表征。在可见光照射下,比较WO_3和Ag/WO_3纳米纤维光催化降解亚甲基蓝(MB)的性能,结果表明,在90 min时,Ag/WO_3复合纤维光催化降解MB效率比WO_3纤维高1.3倍,从能带结构角度分析了Ag/WO_3复合纤维光催化效率增强的原理。     

MP-C60(M=Cu,Co)化合物的合成、表征及光电性能研究

卟啉和金属卟啉不仅是良好的电子给予体,而且在紫外可见光区有着非常广泛的吸收,这有利于太阳能的利用.富勒烯(C60)由于自身独特的结构而成为较好的电子受体.近年来,大量共价键连卟啉-富勒烯D-A化合物被合成与研究[1-4].通过柔性连接体形成的卟啉-富勒烯化合物有利于增加给-受体间电子的流动性,使化合物具有优良的光电转换性能[2].中间体和产物的合成见图1.1和2的合成、纯化参照文献[2].3的合成:在N2下把37.2mg对羟基苯甲醛、75.2mg2、过量灼烧的无水碳酸钾加入30mL DMF中,80°C反应8h后,甲苯和蒸馏水分液,粗产品用硅胶柱层析,甲苯淋洗,…     

Ag-TiO_2/KIT-6复合纳米光催化剂的研究

以有序介孔SiO2(简称KIT-6)为载体,采用钛酸丁酯水解法将纳米TiO2与KIT-6复合,并通过沉积沉淀法将纳米Ag粒子负载于其上,首次制得Ag-TiO2/KIT-6复合光催化剂,并采用相同的方法制备了一系列相关的催化剂.以光催化降解甲基橙来评价其催化性能,光催化活性顺序为Ag-TiO2/KIT-6＞Ag/TiO2＞TiO2/KIT-6＞TiO2＞Ag/KIT-6.利用XRD、N2物理吸附、XPS、UV-Vis DRS和TEM对系列催化剂进行表征,结果表明Ag-TiO2之间形成的异质结和催化剂的大比表面积是Ag-TiO2/KIT-6具有最高光催化活性的重要原因.其中Ag-TiO2之间的异质结结构,有效抑制了光生电子和光生空穴在TiO2表面和体相内部的复合,提高了光催化活性;此外Ag-TiO2/KIT-6的大比表面积大大提高了催化剂的吸附能力,增加了催化剂与污染物的接触,达到快速光催化降解污染物的目的.     

通过具有偏振选择性的紫外/红外混频超快光谱探测有机光电薄膜中的相对分子取向

分子堆积模式是决定电子/能量转移过程的关键因素,影响有机薄膜器件的光电特性. 本文通过具有偏振选择性的紫外/红外混频超快光谱研究了7-(二乙氨基)香豆素-3-羧酸和苝两种有机分子的薄膜. 并利用分子间能量/电子转移引起的信号各向异性变化来计算供体的电子跃迁偶极矩与受体的振动跃迁偶极矩之间的夹角,从而得出两个相邻分子之间的相对取向. 用这种方法测得7-(二乙氨基)香豆素-3-羧酸薄膜的相对取向角为53.4o,接近其单晶结构的60o,苝薄膜的相对取向角为6.2o,也接近其单晶结构的-0.2o. 除了实验中的不确定性,这种方法确定的角度与单晶的角度之间的微小差异还可能源于薄膜样品是多晶的,且其中一些分子是无定形的.     

水热法制备二氧化钛纳米管-石墨烯复合光催化剂及其光催化性能

采用水热法制备了二氧化钛纳米管-石墨烯的复合光催化剂。利用X射线衍射仪、扫描电镜、透射电镜和拉曼光谱仪对复合材料进行了表征与分析,并对其光催化性能进行了测试。结果显示,同纯二氧化钛纳米管相比,二氧化钛纳米管-石墨烯的光催化性能较高。石墨烯与二氧化钛纳米管复合,充当电子受体,载流子迁移率得到提高,从而提升了光催化性能。     

具有二聚喹啉结构的有机电致发光材料的构性关系

采用Suzuki耦合反应将两个喹啉受体连接在一起成为电子受体(acceptor),通过连接给电子能力不同的给体基团(donor),合成出三个新型的线性二聚体发光材料：BtCzPPQ、DCPPQ和PZPPQ。三个材料均具有良好的刚性、热稳定性(T_g>220℃),以及较高的光致发光量子产率(70%以上)。通过对材料轨道分布、热稳定性、光物理性质的表征,分析了分子的刚性、线性长度和给受体基团等结构因素对材料电致发光性能的影响。     

共轭聚合物作为有机光电池电子受体的特性研究

以聚3-已基噻吩(P3HT)和聚对苯亚乙烯衍生物(MDMO-PPV)作为电子给体,聚 (TQ1)作为电子受体,制备并研究了聚合物给体/聚合物受体有机光伏电池性能。当给体P3HT、受体TQ1共混质量比为1∶1时,器件性能最佳。热处理会改变薄膜形貌,导致激子扩散到达界面的距离增加和激子分离界面数量下降,进而引起器件性能下降。溶剂效应对器件性能影响不明显。研究了相似能带结构给体聚合物对MDMD-PPV光电池性能的影响,发现结晶程度较低的给体材料会进一步导致器件性能降低。     

Ag-Cu_2O/RGO纳米复合物的的制备及其SERS活性的研究

通过简单的化学还原法在室温条件下成功的合成了三元的Ag-Cu2O/RGO纳米复合物,这种复合物结合了Ag,Cu2O以及石墨烯三者的特性,表现出了很高的SERS活性。Cu2O/RGO具有一定表面增强能力,复合了Ag纳米粒子后,Ag-Cu2O/RGO纳米复合物对探针分子PATP的检测可以达到10-9 mol·L-1,一方面由于石墨烯比表面积大并具有大π键结构对分子起到了很好的富集作用,另一方面是由于Cu2O和Ag共同的SERS增强作用提高了SERS信号。因此该基底在SERS检测上有潜在的应用。     

三氧化钨/氧化银复合材料的水热法合成及其光催化降解性能研究

染料污染是水污染中最严重的问题之一,吸引了很多科学家的关注.人们尝试了很多方法去解决该问题,如化学氧化法、物理吸附法、光催化降解法和生物降解法等.与其他几种方法相比,光催化法有着低能耗、环保以及高效等优势.三氧化钨是常见的半导体材料,具有独特的光学性能,近年来受到了广泛的研究.本文以钨酸钠和硫脲为前驱体,通过水热法制备了三氧化钨/氧化银(WO_3/Ag_2O)复合材料,并用光催化降解亚甲基蓝来分析其光催化性能.通过X射线光电子能谱、X射线衍射、透射电子显微镜、扫描电子显微镜、紫外可见吸收光谱等表征手段对样品的形貌、晶格结构和光催化的性能进行表征.氧化银的带宽为1.2 e V,对可见光很敏感,三氧化钨和氧化银的复合使材料在可见光下的光催化活性显著增强,在可见光下对亚甲基蓝染料的光降解率可以达到98%.实验结果表明,复合材料中的三氧化钨纳米棒为六方相,其平均直径约为200 nm,平均长度约为4μm.而复合材料中的氧化银纳米颗粒为六方相,附着在氧化钨纳米棒的表面,平均晶粒尺寸为20 nm.氧化银的存在为复合材料提供了更多的反应活性位点.相较于单一组分,复合材料在可见光下的光吸收度更高,这说明三氧化钨和氧化银的复合改变了材料的能带结构.研究发现,三氧化钨和氧化银之间形成的异质结构是其优良光催化性能的来源.此外,三氧化钨和氧化银复合材料还具有良好的催化稳定性和化学稳定性.本文结果表明,可以通过给宽带隙的半导体材料复合一些带隙合适的金属氧化物以提升其光催化活性.     

GW/BSE级别下的非绝热动力学模拟揭示桥连化学键对调控酞菁锌-富勒烯给体-受体复合物激发态弛豫过程的重要作用

本文采用基于多体格林函数方法和Bethe-Salpeter方程(GW/BSE)的电子结构计算方法和非绝热动力学模拟研究了两种不同桥连化学键构型(5-6构型和6-6构型)的酞菁锌-富勒烯(ZnPc-C₆₀)给受体复合物的激发态性质及其弛豫过程. 对于6-6构型,ZnPc-C₆₀的最低激发态S₁态为光谱明态,即ZnPc的局域激发(LE)态,因此,6-6构型的ZnPc-C₆₀在光激发之后几乎不会发生电荷分离过程. 相比之下,5-6构型的ZnPc-C₆₀的S₁态是C₆₀的LE态,为光谱暗态,而作为光谱明态的ZnPc的LE态的能量更高. 而且,在ZnPc和C₆₀的LE态之间还存在若干电荷转移(CT)态. 因此,电荷转移会在从高能的ZnPc的LE态到低能的C₆₀的LE态的弛豫过程中发生. GW/BSE级别的非绝热动力学模拟结果进一步验证了电子结构计算的结论,并给出了相关过程的时间尺度：从ZnPc到C₆₀的超快激发态能量转移过程在前200 fs完成;随后发生的是由C₆₀到ZnPc的超快空穴转移过程. 本工作表明不同的桥连化学键模式(即5-6和6-6构型)可用于调节ZnPc-C₆₀给体-受体复合物的激发态性质及其光电性质. 与此同时,本工作证明了GW/BSE级别的非绝热动力学方法是探索非周期性给体-受体复合物、有机金属配合物、量子点、纳米团簇等复杂体系的光诱导动力学的可靠工具.